3.3 Тепловий розрахунок холодильної машини і характеристик компресора

В процесі розрахунку необхідно визначити питомі величини, що характеризують роботу холодильної машини, масову і об’ємну кількість холодоагенту, що циркулює в системі, коефіцієнт подачі компресора з урахуванням об’ємних збитків, геометричний об’єм, що описують поршні і по якому може бути вибрано компресор, потужність компресора з урахуванням енергетичних збитків, що характеризуються коефіцієнтами корисної дії, теоретичний і дійсний холодильні коефіцієнти, що в цілому характеризують економічну і енергетичну ефективність холодильної машини.

Розрахунки виконуються в такій послідовності.

Питома масова холодопродуктивність, кДж/кг

q₀=і₇-і₆.

Питомаоб’ємна холодопродуктивність, кДж/м³

,

де v₁ – питомий об’єм пари на вході в компресор, м³/кг, (в точці 1, рис.2.1,б)

Питома теоретична (адіабатна) робота стиску в компресорі (робота затрачена на цикл), кДж/кг

l_о=і₂-і₁;

Теоретичний холодильний коефіцієнт

.

Дійсна маса холодоагенту G₀, що надходить у компресор із випарника

(дійсна масова подача компресора), кг/сек

.

Дійсний об’єм пари холодоагенту V₀, що надходить у компресор із випарника (дійсна об’ємна подача компресора),м³/сек

V_о=G_оv₁.

Коефіцієнт подачі компресора

,

де с – відносна величина шкідливого простору(с = 0,015÷0,05);

р_к, р_и – тиск конденсації й кипіння холодоагенту, МПа;

Т_к,Т_и - температура конденсації й кипіння холодоагенту, К, (Т=273+t ^оС).

Об’єм, щоописуютьпоршнікомпресора (теоретична об’ємна подача компресора), м³/сек

.

Об’єм V_h,м³/сек. також можна визначити по формулі

.

Теоретична (адіабатна) потужність компресора, кВт

N_a = l_о G_о .

Індикаторна потужність компресора, кВт

N_i= N_a /η_i,

де η_i – індикаторний коефіцієнт корисної дії (ККД).

Для визначення індикаторного ККД можна використати емпіричну формулу Лєвіна,

η_i = λ_ω+b · t_u,

де – об’ємний коефіцієнт, що оцінює втрати, які пов’язані із підігрівом

холодоагенту за рахунок теплообміну пари зі стінками циліндра,

- для прямоточних компресорів ;

- для непрямоточних компресорів

b – емпіричний коефіцієнт. Для хладонових компресорів b = 0,0025,

для аміачних – 0,001;

t_u – температура кипіння холодоагенту у випарнику, ^оС

(підставляється в формулу зі своїм знаком).

Потужність механічних втрату компресорі, кВт

,

де р_тр. – питомий тиск тертя,

р_тр. = 0,02÷0,035 МПа–для фреонових непрямоточних компресорів;

р_тр. = 0,04÷0,06 МПа – для фреонових прямоточних;

р_тр. = 0,05÷0,07 МПа – для аміачних.

V_h – об’єм, що описують поршні компресора, м³/сек.

Потужність механічних втрат залежить від розмірів і режиму роботи компресора.

Ефективна потужність на валу компресора, кВт

N_e = N_i + N_м.

Механічний коефіцієнт корисної дії компресора

η_м=N_i /N_е.

Механічний ККД залежить від конструктивних особливостей, режиму роботи, якості монтажу і стану компресора.

Потужність на валу електропривода

де η_ел.д. – ККД електродвигуна, η_ел.д.=0,8÷0,9;

η_пер. – ККД клиноремінної передачі, η_пер. = 0,96÷0,99.

Потужність електродвигуна вибирають із запасом 10÷15%, щоб запобігти перевантаженню.

Ефективний коефіцієнт корисної дії

Ефективний ККД оцінює сумарні індикаторні і механічні збитки в компресорі.

Електричний коефіцієнт корисної дії

Електричний ККД враховує, крім того, і збитки в електродвигуні. Електричний ККД використовують для оцінки енергетичних збитків головним чином у герметичних і безсальникових компресорах, тобто із вбудованими в корпус компресора електродвигунами.

Енергетична ефективність холодильних компресорів, як і енергетична ефективність холодильних машин в цілому, характеризується дійсними холодильними коефіцієнтами.

Дійсний ефективний холодильний коефіцієнт

Дійсний електричний холодильний коефіцієнт

Компресор може бути вибраний по розрахованому об’єму V_h, що описують поршні компресора. Використовуючи основні конструктивні виміри вибраного компресора, об’єм V_h, м³/сек. можна уточнити по формулі

,

де D – діаметр циліндра, м;

S – хід поршня, м;

n – частота обертання вала, об/хв.;

z – кількість циліндрів.

Але треба мати на увазі, що холодопродуктивність одного і того ж компресора залежить від температурних умов роботи і може змінюватися в широких межах. Умови роботи, при яких фактично працює холодильна машина, називають робочими, а холодопродуктивність при цих умовах – робочою холодопродуктивністю. Оскільки робоча холодопродуктивність компресора при V_h=const і п=const (п – частота обертання) залежить від умов роботи, то вона не може служити характеристикою компресора при його виборі.

Паспортні дані компресорів приводяться в стандартних режимах, які не совпадають з розрахунковими. Для того, щоб бути впевненим в правильності вибору компресора, доцільніше його вибирати по необхідній холодопродуктивності у стандартних умовах Q_о.с. і перевіряти по величині V_h.

Тому необхідну розрахункову холодопродуктивність Q_о, кВт, перераховують на стандартні умови роботи компресора, якими є:

t_к.с.=30 ^оС – температура конденсації;

t_п=25 ^оС – температура перед ТРВ;

t_и..= -15 ^оС – температура випарювання;

t_вс= t₁=15^оС – температура всмоктування.

Залежність між стандартною холодопродуктивністю і робочою виражається слідуючим рівнянням:

,

де Q_о, Q_о.с. – холодопродуктивність компресора при робочих і стандартних

умовах, кВт;

q_v , q_vс - питома об'ємна холодопродуктивність приробочих і стандартних

умовах, кДж/м³

для хладона R-22q_vс=2160кДж/м³;

для хладона R-134а q_vс≈ 1286кДж/м³;

λ, λ_c - коефіцієнт подачі приробочих і стандартних умовах.

λ_c визначають аналогічноробочим умовам.

Компресор вибираємо по таблицям – додатки 3.3, 3.4, а по вибраному компресору вибираємо холодильну машину по таблиці – додаток 3.5.

Умовні позначення до таблиць – додатки 3.3, 3.4.

Компресор: П – поршневий сальниковий; ПБ – поршневий без сальниковий; ПГ – поршневий герметичний; ПБД – поршневий без сальниковий двоступінчастий; БС – безсальниковий із вбудованим електродвигуном; С – сальниковий із зовнішнім приводом; Р – ротаційний; Ф – фреоновий; В – вертикальний; V – V-подібний; W – W-подібний; VV – VV-подібний; S – короткий хід поршня; L – довгий хід поршня.

Холодопродуктивність Q_о і потужність N приведені до стандартних умов.

За більш докладною інформацією по вибору компресора і холодильних машин та їх характеристиками необхідно звернутися до літератури [1, 2, 3, 5].